1、6.1 串行通信基本概念 6.2 可编程串行接口芯片8251A 6.3 可编程串行接口芯片16550、8250,本章主要讲述:,6.1 串行通信特点,1 单工（Simplex)只允许数据按照一个固定的方向传送,6.1.1 串行数据的传输方向单工、半双工和全双工,2 半双工（Half Duplex）只有1根数据线传送数据信号，要求通讯双方的发送和接收由电子开关切换。 【双向，但不同时】,3 全双工（Full Duplex）通讯双方能同时进行发送和接收操作,6.1.2 信号的调制与解调,6.1.2 信号的调制与解调,6.1.2 信号的调制与解调,6.1.3 串行通信的两种基本工作方式异步方式、同步
2、方式,6.1.3 串行通信的两种基本工作方式异步方式、同步方式,起始位 逻辑0 1位 数据位 逻辑0或1 5位、6位、7位、8位 校验位 逻辑0或1 1位或无 停止位 逻辑1 1位、1.5位或2位 空闲位 逻辑1 任意数量,异步通讯的信息格式,例：传送8位数据45H（0100,0101B），奇校验，1个停止位，则信号线上的波形为,可见： 异步传送一个ASC字符，实际发送量 1+7+1+（1、1.5、2）bit。若用10位来发送，至少浪费了30%的传输时间。为此引入同步传输方式。,同步通讯,靠同步字符完成收发双方同步,多个字符成组传送，在每组信息的开始要加上同步字符，字符组和同步字符以及需要的其
3、他字符构成一个信息帧。没有数据传送时，传输线处于高电平状态,字符1,字符2 字符n 校验字符,数据块,同步字符（SYN1),同步字符（SYN2),数据（DATA),6.1.4 串行通信的传送速率和收发时钟,收发时钟,6.1.4 串行通信的传送速率和收发时钟,串行接口完成的主要功能,1)完成串行数据的格式化实现串到并和并到串的转换进行可靠性检验4) 实施接口与DCE之间的联络控制,5.4 可编程串行接口芯片8251A,8251A是intel公司的一个可编程的串行接口芯片，具有同步、异步的接收/发送功能。,可用于同步或异步传输 同步传送：58bit/字符，内部或外部同步，可自动插入同步字符 异步传
4、送：58bit/字符，时钟速率位通信波特率的1、16、64倍 波特率：异步（019.2K），同步（064K） 出错检验：具有奇偶、溢出和帧错误等检验电路,1 8251A的基本性能,2 8251A的内部结构与外部引脚,(1) 接收器(2) 发送器(3) 数据总线缓冲器(4) 调制解调器控制电路(5) 读写控制逻辑电路,数据总线 缓冲器,读/写 控制逻辑电路,调制/解调 控制电路,接收控制电路,串并 转换,发送 缓冲器,缓冲器,并串 转换,发送控制电路,RESET,CLK,C/D,RD,WR,CS,DSR,DTR,CTS,RTS,D7-D0,内 部 总 线,TXD,RXD,TXEMPTY,TXC,
5、RXRDY,RXC,SYNDET,TXRDY,发送器,接收器,接收,（1）数据总线缓冲器：,它是三态双向8位缓冲器，内含有3个缓冲寄存器a) 发送数据/控制命令字缓冲寄存器b) 接收数据缓冲寄存器c) 状态字缓冲寄存器 CPU用IN指令可分别读取状态信息和接收的数据，用OUT指令可以向8251写入数据或者命令（控制）字。,2）读写控制逻辑：,完成CPU对芯片的读/写控制和复位功能。 C/D：控制/数据寄存器选择信号。C/D0时，选中数据口， C/D0时，选中控制口。 CLK：时钟信号用于8251A的内部工作时钟。在异步方式下，工作时钟CLK的频率应高于TxC和RxC的4.5倍。在同步方式下，工
6、作时钟CLK的频率应高于TxC和RxC的30倍。 RD、WR、CS、RESET分别是读写控制信号、片选信号和复位信号。,（3）接收缓冲器和接收控制电路：,包括接收移位寄存器、串/并转换电路、接收数据缓冲器和同步字符寄存器,异步工作方式：CPU发出接收命令，接收电路监视RxD端，发现一个起始位，开始一个字符的接收过程。在接收时钟的作用下，接收到的数据串行进入接收移位寄存器，被移位并进行奇偶校验，再删除停止位，得到并行数据，经片内总线送接收数据缓冲器，等待CPU读取。同时RxRDY引脚置高电平，且状态寄存器的RxRDY位为1,异步方式下，接收的速率和接收时钟以及波特率因子有关系。,接收时钟/发送时
7、钟是波特率的倍数，称为波特率因子。,F（时钟频率）波特率因子波特率波特率因子：时钟频率与数据传输率（波特率）之间的比例系数.,例如波特率因子为16，则16个时钟脉冲移位1次。 P93 无信号时，RxD端为高电平，一旦检测到RxD端为低电平，则启动接收控制中的内部计数器，计数到半个数位传输时间8个RxC，再次检测RxD引脚，若仍为低电平，则确认起始位到来，之后，每隔16个RxC，进行一次采样。使用波特率因子高的时钟，可以使移位寄存器在信号的中间同步，而不是在信号的起始边沿同步，这样可以减少信号噪声在信号起始处引起读错数据的问题。,F（时钟频率）波特率因子波特率给定时钟频率，选择不同的波特率因子可
8、得到不同的波特率。例如：f = 19.2 kHz，若选波特率因子为16，则波特率为1200 bps。若选定波特率因子和波特率，则相应的确定了对时钟频率的要求。例：波特率=9600bps，波特率因子=16，则接收时钟和发送时钟频率=960016=153600Hz,同步工作方式：同步传送方式分为内同步和外同步,工作于内同步：CPU发出允许接收和进入搜索命令，监测RxD引脚，将接收的数据位送入移位寄存器，并与同步字符寄存器的内容比较，若不同，不断接收并且进行移位比较操作，直到相同出现，则SYNDET置高电平，表明同步实现。若为双同步，则需两个同步字符均一致。,同步传送方式分为内同步和外同步 工作于外
9、同步：由外部电路监测同步字符，当发现同步字符后，从同步输入端SYNDET输入高电平，告知8251A，8251A就脱离对同步字符的搜索过程，高电平需维持一个接收时钟周期。 达到同步后， 8251A利用接收时钟采样RxD，接收同步帧格式数据。采得的数据送往移位寄存器，当位数达到一个字符规定的数位时，移位寄存器的内容通过片内总线送往接收数据缓冲器，同时RxRDY引脚置高电平，且状态寄存器的RxRDY位为1，表示已经收到一个可用字符。,同步检测/断点检测SYNDET/BRKDET：内同步和外同步的检测不能同时进行内同步SYNDET作为输出，CPU执行一次读，该信号被自动复位。外同步时当引脚SYNDET
10、由低电平变为高电平，使8251A在下一个RxC的上升沿开始接收字符。在异步工作方式下，该引脚为断点检测BRKDET。当8251A连续收到两个全“0”组成的字符，该引脚输出高电平，表明当前没有数据可读。直到收到“1”或8251A复位，BRKDET变低电平,（4）发送缓冲器和发送控制电路：,数据总线 缓冲器,读/写 控制逻辑电路,调制/解调 控制电路,接收控制电路,串并 转换,发送 缓冲器,缓冲器,并串 转换,发送控制电路,RESET,CLK,C/D,RD,WR,CS,DSR,DTR,CTS,RTS,D7-D0,内 部 总 线,TXD,RXD,TXEMPTY,TXC,RXRDY,RXC,SYNDE
11、T,TXRDY,发送器,接收器,接收,CPU,发送数据缓冲器,发送移位寄存器,发送控制,TxD,TxRDY,TxE,TxC,CPU用OUT指令将要发送的数据送入到8251A的数据总线缓冲器，再并行送入发送数据缓冲器中。当TxRDY有效时，将数据送移位寄存器将并行数据转换为串行数据并格式化后，经TxD引脚串行输出。,异步方式下： 发送控制器按照程序规定的字符格式，给发送数据加上起始位、奇偶校验位、停止位，从起始位开始，经移位寄存器移位后，从TxD引脚送出，送出频率取决于发送时钟和波特率因子。 同步方式下： 发送器在发送字符之前，首先送出12个同步字符，再逐位送出串行数据。同步发送字符之间不允许有
12、空隙，若处于某种原因使CPU中断发送过程，8251A将不断自动插入同步字符，直到CPU送来新的数据再重新输出数据。同步传送速率等同于发送时钟频率。,有关的引脚包括： 发送数据线TxD： 发送时钟TxC：确定了串行数据的发送速率。若为同步方式，TxC的输入频率等于发送数据的波特率。若为异步方式，可由软件定义该时钟为波特率的1倍、16倍或64倍。 发送数据准备好TxRDY当允许8251A开始发送数据，且数据总线缓冲器中的发送数据/命令缓冲器为空时，TxRDY为高电平有效，表示发送缓冲器已准备好从CPU接收数据。该信号可以作为中断申请信号或者查询信号，当CPU向8259A送出一个数据后，TxRDY被
13、清为低电平。,发送器空TxE：TxE有效表明发送移位寄存器空，也就是完成了一次发送操作，当前缓冲器已经无数据向外发送。则异步方式下，TxD输出空闲位，同步方式下送出同步字符。一旦从CPU接收到数据，TxE变低电平。,8251没有内置的波特率发生器，必须由外部产生建立波特率的时钟信号，所以TXC、RXC通常与8253连接,（5）调制解调控制电路：,计算机在进行远程通信时，可用8251A作为接口芯片，与MODEM连接，经过标准电话线传送数据，由该控制电路完成与MODEM的连接，建立发送和接收的联络握手信号，达到数字/模拟信号经过调制解调器后变换为模拟/数字信号进行远程通信的目的。,DTR：数据终端
14、准备好。告诉MODEM数据准备好。控制字中的DTR为1，就能使该引脚产生低电平有效信号。 DSR：数据装置准备好。回复信号，表示MODEM准备好，可通过状态寄存器DSR位来查询， DSR=1，该引脚为低电平状态。 RTS：请求发送。告诉MODEM数据准备好，可以发送。通过命令字将RTS位置1，就能使该引脚产生有效低电平信号。 CTS：清除发送。MODEM对请求发送的应答信号，表明发送器可以发送数据。发送过程结束后，CTS变高。,8251A与CPU和外设之间的连接,8086,8251A,外设,D7-D0,CLK,译码,CS,AB,M/IO,C/D,RD,RD,WR,WR,TXRDY,TXE,RX
15、RDY,SYNDET,RESET,DTR,DSR,RTS,CTS,TXD,RXD,计数器/ 定时器,RXC,TXC,3 8251A的编程,8251A的编程包括两个部分，一个是方式选择控制字，另一个是操作命令控制字。 前者用来定义8251A的工作方式，它必须紧接在复位后由CPU写入。 后者用来指定芯片的实际操作，只有在写入了方式选择控制字后，才能由CPU写入。 可以通过读取状态端口获知当前的状态信息。,（1）方式字/模式字,00 同步方式 01 异步方式（X1） 10 异步方式（X16） 11 异步方式（X64）,00 字符长度为5位 01 字符长度为6位 10 字符长度为7位 11 字符长度为
16、8位,0 无校验 0 1 奇校验 1 1 偶校验,图 15.50 8251A的方式选择控制字,（2）. 操作命令控制字 让8251A实现某种操作或进入规定的工作状态。,1 进入搜索方式,1 内部复位,1 允许发送,1 数据终端准备好,1 允许接收,1 使TxD变低，发送空白字符 0 正常工作,1 清除错误标志,1 请求发送,（3） 状态字CPU可以在8251A工作过程中利用输入指令读取当前8251A的状态字，从而可以检测接口和数据传输的工作状态。,1 发送器准备好,1 数据通信设备准备好,帧格式错标志,溢出错标志,奇偶错标志,1 接收器准备好,1 发送器空,SYNDETBRKDET,1 已达到
17、同步 0 未达到同步,1 接收到中止字符 0 正常工作,8251A 的状态字,(1) 三个错误标志位PE、OE和FE它们只对异步方式有效。出现这三种错误时都不中止8251A的工作，它们可以用操作命令字中的ER位来复位。奇偶校验：即在传送字符的各位之外，再传送1位奇/偶校验位。可采用奇校验或偶校验。Frame Error：在接收过程中会自动检测每个字符的停止位，若没有停止位，则设置Frame Error。OVRN：如果在传送过程中，前一个字符还没有取走，后一个字符又送过来，便发生溢出错误，置OVRN标志。,(2) RxRDY、TxE和SYNDET/BRKDET位与同名引脚的状态含义相同。(3)
18、DSR位是数据通信设备准备好状态位， DSR=1表示调制解调器或其他外设已处于准备好状态，此时DSR输入信号有效。(4) TxRDY是发送器准备好位，它与输出引脚TxRDY的含义有所不同。 TXRDY状态位为“1”只反映当前发送缓冲器已空，而TXRDY输出引脚为“1”时，除发送缓冲器已空外，还需要以CTS=0和TxEN=1为条件。通常TxRDY状态位提供CPU查询，而TxRDY引脚的输出信号作为中断请求信号发给CPU。,8251A的编程,8251A可编程串行接口芯片仅提供一个编程口地址，所以要完成方式控制字和命令控制字的写入，必须通过初始化编程流程来设定其工作方式并启动串行接口工作。8251A
19、编程流程如下：,8251A 初 始 化 流 程 图,在实际使用中，当未对8251A设置方式控制字 时，如果要使8251A复位，一般采用先送3个“00H”，再送一 个40H（命令控制字，IR1）的方法，这是8251A的编程约 定。其实现程序如下：XOR AX, AXMOV CX, 0003MOV DX, PORTC NEXT: OUT DX, ALCALL DELAYLOOP NEXTMOV AL, 40HOUT DX, ALCALL DELAY,举例1：,8251A工作在异步方式下的初始化编程。要求字符用7位二进制表示，采用奇校验，1.5个停止位，波特率系数为16。清除出错标志，让各出错标志处
20、于初始状态，使请求发送有效电平，命令控制字使数据终端就绪(DTR)处于有效电平，发送允许和接收允许均为有效电平。设端口地址为208H和20AH,初始化程序：XOR AX, AXMOV CX, 0003MOV DX, PORTC NEXT: OUT DX, ALLOOP NEXTMOV AL, 40HOUT DX, ALMOV AL，9AH ；方式字准备MOV DX，20AHOUT DX，AL ；写入方式字MOV AL, 37H ；命令字准备OUT DX，AL ；写入命令字,举例2：,8251A工作在同步方式下的初始化编程。要求采用内同步方式，同步字符为两个相同的16H值，字符长度为8位二进制，
21、采用偶校验，要求对同步字符进行检索，复位3个出错标志，允许发送和接收，命令控制字使数据终端就绪(DTR)处于有效电平。,初始化程序：XOR AX, AXMOV CX, 0003MOV DX, PORTC NEXT: OUT DX, ALLOOP NEXTMOV AL, 40HOUT DX, AL MOV AL，3CH ；方式字准备MOV DX，20AHOUT DX，AL ；写入方式字MOV AL, 16H ；同步字符准备 OUT DX, AL ；写入第一同步字符OUT DX, AL ；写入第二同步字符MOV AL, 97H ；命令字准备OUT DX，AL ；写入命令字,查询方式/中断方式,采用
22、查询方式，在数据交换前应读取状态寄存器。状态寄存器D0=1(TxRDY=1)，CPU可以向8251数据端口写入数据，完成串行数据的发送 状态寄存器D1=1 (RxRDY=1) ，CPU可以从8251数据端口读出数据，完成一帧数据的接收采用中断方式则用TxRDY、RxRDY引脚信号提出中断申请,8251与CPU的数据交换,例3 P102 采用查询方式某外设通过8251A与CPU交换信息。 口地址为50H和52H 异步方式，8位，1.5个停止位，波特率系数16，奇校验 对出错标志检测 输入的字符放在以BUFFER标号为首地址的内存区域中。,Data segment buf DB 80 dup(?)
23、 Data ends MOV DX,52H MOV AL,40H；复位 OUT DX，AL MOV AL，10011110B；模式字 OUT DX，AL MOV AL，00110111B；控制字 OUT DX，AL MOV CX，80 ；接收80字节 MOV SI，0 NEXT： MOV DX，52H IN AL，DX；状态字,AND AL，02H； RXRDY？ JZ NEXT MOV DX，50H IN AL，DX；接收1字符 MOV bufSI，AL INC SI MOV DX，52H IN AL，DX；测试出错标志 TEST AL, 38H；有错，处理 JNZ ERROR LOOP N
24、EXT JMP EXIT ERROR: CALL ERR-OUT EXIT: .,例4 用8251A实现双机通信 P104 例2,8251A,CTS,DSR,RxD,TxC,RxC,CLK,系统主时钟,TxD,RTS,DTR,CPU总线,时钟电路,甲机,EIA/ TTL 电 平 转 换,2,3,7,2,3,7,DTE,DTE,TxD,TxD,RxD,RxD,EIA/ TTL 电 平 转 换,8251A,CTS,DSR,RxD,TxC,RxC,CLK,TxD,RTS,DTR,系统主时钟,乙机 （DTE）,CPU 总线,时钟电路,RS232C接口,图 5-23 利用8251A进行双机通信硬件连接图,乙机,GND,当双机进行远距离通信时，必须通过MODEM来进行连接P103 例1 8251A与MODEM的连接P106 例3 用8251A作为电传打字机接口，并且工作于中断方式,本章小结,1、基本概念 2、并行接口芯片8255A8255A的结构及工作方式8255A的应用 3、串行接口芯片8251A串行通信的基本概念8251A的结构及工作方式8251A的应用,8251作业：,课本P109：10，11,
